CN102426871B - 厚膜导体形成用组合物、使用该组合物形成的厚膜导体及使用该厚膜导体的芯片电阻器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于以低成本提供耐硫化性和耐焊锡熔蚀性均优良的不含铅的厚膜导体形成用组合物。本发明涉及一种用于形成作为芯片电阻器的电极使用的厚膜导体的组合物。本发明的组合物,作为导电粉末含有Ag粉末,作为氧化物粉末含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末和Al2O3粉末,作为添加物添加有碳粉末。相对于导电粉末100质量份,碳粉末为1~10质量份,玻璃粉末为0.1~15质量份,Al2O3粉末为0.1~8质量份。所述玻璃粉末的组成比率为,SiO2:20~60质量%;B2O3:2~25质量%;Al2O3:2~25质量%;CaO:20~50质量%;以及Li2O:0.5~6质量%。
Description
技术领域
本发明涉及一种不含铅的厚膜导体形成用组合物,尤其是涉及用于形成作为芯片电阻器的上面电极使用的厚膜导体的组合物。并且,涉及使用该组合物形成的厚膜导体,以及进一步将该厚膜导体至少应用于上面电极的芯片电阻器。
背景技术
利用厚膜技术形成厚膜导体时,通常将导电率高的导电粉末与玻璃粉末等的氧化物粉末一起分散于有机载体(organic vehicle)中,从而获得糊状的厚膜导体形成用组合物,然后采用丝网印刷法、其它涂布方法,将该厚膜导体形成用组合物在氧化铝基板等的陶瓷基板上涂布成规定的形状,并在500℃~900℃中进行烧成。
在构成厚膜导体形成用组合物的材料中,作为导电粉末,使用由选自导电率高的Au、Ag、Pd和Pt中的至少一种金属所构成的平均粒径在10μm以下的金属粉末。在这些金属中,从价格低廉的角度出发一般采用Ag粉末和Pd粉末,但从导电性更加良好的观点出发,作为导电粉末的主要材料使用Ag粉末。
另一方面,作为玻璃粉末,迄今为止一直使用容易控制软化点且化学耐久性高的硼硅酸铅或铝硼硅酸铅系(アルミナホウケイ酸鉛)玻璃粉末。但是,从目前防止环境污染的观点出发,期望应用不含铅的厚膜导体形成用组合物,并进行了玻璃粉末的无铅化研究。
作为使用这种厚膜导体形成用组合物形成的厚膜导体,适用于作为电子工业用的芯片电阻器、电阻网络、混合IC等的电子部件的电极等。其中,作为芯片电阻器,如图1的示意图所示,具有氧化铝基板、由厚膜导体形成的上面电极和侧面电极以及背面电极所构成的内部电极、由氧化钌系厚膜所构成的电阻、覆盖电阻的绝缘玻璃的保护膜,其中,为了提高对露出的电极面 的钎焊性,分别通过电解镀敷进一步形成由Ni镀膜所构成的中间电极以及由Sn-Pb焊锡镀膜或取而代之的Sn系合金的无铅焊锡镀膜所构成的外部电极。
目前,作为导体粉末所主要采用的Ag,尤其是对硫化非常弱的材料。在芯片电阻器中,基于Ni镀膜或焊锡镀膜的镀层,实现了Ag系的厚膜导体所构成的电极的保护,在通常的使用中,不发生Ag的硫化问题。但是,在施以热老化或冷热循环之类苛刻条件下使用芯片电阻器时,在由绝缘玻璃所构成的保护膜与焊锡镀膜和Ni镀膜之间的界面在应力作用下产生间隙,或者在电阻器的制造工序中产生作为故障等起因的保护膜的位置偏移等,会导致内部电极露出,Ag在空气中含硫气体的作用下发生硫化,有时导致电极短路。尤其是在产生火山气体的温泉地区等的空气中含硫气体浓度高的地区,易发生由Ag的硫化所引起的电极短路等问题。
另外,在制造工序或安装工序中,当对芯片电阻器等的电子部件进行钎焊时,在内部电极露出的情况下,有时发生焊锡熔蚀现象:Ag等金属材料向焊锡中扩散、导体部分消失而导致断线。焊锡也在从63Sn/37Pb等Sn-Pb系共晶焊锡被取代为不含铅的Sn含量高的组成的焊锡,由于该Sn系合金的焊锡的熔点高,所以存在钎焊温度也增高的趋势。伴随着这种焊锡组成的改变或钎焊温度的上升,存在比以往更容易发生焊锡熔蚀的问题。
作为应对由上述Ag系厚膜导体所构成的电极的硫化或者由焊锡熔蚀引起的短路的方法,通常采用在Ag中添加Pd作为导体粉末的方法。例如,日本特开2004-250308号公报中,公开了为防止Ag在含硫气体作用下的硫化而使用耐酸性优良的Bi系玻璃粉末并同时添加0.3~2重量%的Pd粉末。但是,对硫化而言,只是通过目测来观察Ag系电极的变色,并未对其效果进行定量讨论。
但是,对Pd粉末自身的使用而言,基于电极的电阻率值上升或电极的膜强度降低会引起与基板的接触强度降低,并存在导致所谓成本升高的问题。另外,在日本特开平7-335402号公报中,通过作为电极材料使用Ag包覆的Pd粉末,使烧成后的膜的致密性提高并同时实现了耐硫化。但是,这种粉末的使用会带来更高的成本,因此,存在实用方面的问题。
目前,也还在研究通过改进芯片电阻器的结构来防止电极的硫化。例如,在日本特开2002-64003号公报的技术中,在容易产生间隙的位置的上面电 极上,作为保护层形成有Pd含量为5.0%以上的Ag系厚膜导体。另外,在日本特开2003-224001号公报的技术中,作为同样的保护层,形成有钌电阻体层。其中,这些技术中追加了新的结构,在芯片电阻器的小型化或成本方面上产生问题。
另外,如日本特开2004-221006号公报或日本特开2002-324428号公报中所教导,也考虑设置由具有导电性的碳膏所形成的保护层。但是,碳保护层存在降低电极自身的导电性等的问题,因此,需要在不设置这种碳保护层的情况下实现耐硫化。目前的现状是,通过由碳材料形成保护层或单纯添加碳材料,不能在Ag系厚膜导体中实现有效的耐硫化。
另一方面,作为应对焊锡熔蚀的对策,对Ag系电极材料而言,如日本特开2004-327356号公报等中所记载的那样,一般采用添加Pd的方法。但是,作为焊锡熔蚀的对策,需要添加Pd至2~20质量份左右,如上所述会发生电极的电阻率值上升等各种问题。另外,当这些添加材料量少时,即使是Au、Pd和Pt等的添加材料,在对厚膜导体进行钎焊时,也可能发生焊锡熔蚀。
作为应对这种焊锡熔蚀的对策,如日本特开平6-223616号公报中的记载,提供了一种方法,其是作为厚膜导体形成用组合物,使用将PbO-SiO2-CaO-Al2O3系玻璃粉末、Al2O3粉末、SiO2粉末和导电粉末分散于有机载体而成的组合物,在该组合物烧成时,使被称作钙长石(CaAl2Si2O8)的针状结晶相在厚膜导体的内部析出。
但是,在该厚膜导体形成用组合物中使用了含Pb的玻璃粉末并且该Pb的存在是作为生成钙长石所必需的,并未直接启示在无铅化厚膜导体中生成钙长石。
对此,在日本特开平7-97269号公报和日本特开平2001-114556号公报中,公开了通过对含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO系玻璃粉末和Al2O3粉末的厚膜导体形成用组合物进行烧成,使钙长石在厚膜导体中析出。但是,在这些情况下,为了析出足够大小的钙长石,从其结晶化温度高(玻璃的软化温度高)的角度出发,需要900℃以上的高温。若在900℃以上的温度下烧成厚膜导体形成用组合物,则导致厚膜导体过度烧结并因Ag熔点低而使由Ag系厚膜导体所构成的电极成为岛状,存在难以形成均质的电极等的问题。
本发明人等,在日本特开2006-228572号公报中,公开了通过作为玻璃 系粉末使用SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末,使玻璃软化温度降低,因此即使以低于900℃进行烧成也会使钙长石在厚膜内部均匀析出。根据该方法,可确认对耐焊锡熔蚀性有明显提高。但是,根据本发明人所从事的深入评价研究发现,当采用以Ag粉末作为主要导电材料使用的厚膜导体形成用组合物形成芯片电阻器的上面电极的情况下,在如上述的含硫气体浓度高的特殊环境中使用该芯片电阻器时,上面电极可能随着时间变化而发生硫化。因此,需要进一步改善其耐硫化性。
现有技术文献
专利文献1:日本特开2004-250308号公报
专利文献2:日本特开平7-335402号公报
专利文献3:日本特开2003-224001号公报
专利文献4:日本特开2004-221006号公报
专利文献5:日本特开2002-324428号公报
专利文献6:日本特开2004-327356号公报
专利文献7:日本特开平6-223616号公报
专利文献8:日本特开平7-97269号公报
专利文献9:日本特开2001-114556号公报
专利文献10:日本特开2006-228572号公报
发明内容
本发明的目的在于以低成本提供耐硫化性和耐焊锡熔蚀性均优良的不含铅的厚膜导体形成用组合物。
本发明的厚膜导体形成用组合物,由导电粉末、氧化物粉末、添加物和有机载体来构成,其特征在于,作为前述导电粉末,至少含有Ag粉末,作为前述氧化物粉末含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末和Al2O3粉末,并且,作为前述添加物添加有碳粉末。
相对于前述导电粉末100质量份,优选前述碳粉末为1~10质量份、前述SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末为0.1~15质量份、前述Al2O3粉末为0.1~8质量份。
另外,前述SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的组成比优选为, SiO2:20~60质量%;B2O3:2~25质量%;Al2O3:2~25质量%;CaO:20~50质量%;以及Li2O:0.5~6质量%。
本发明中,相对于100质量份的前述Ag粉末,可以进一步添加0.1~5质量份的作为导电粉末的选自于Au、Pd和Pt中的至少一种。
本发明的厚膜导体,其特征在于,其是通过将上述厚膜导体形成用组合物涂布于陶瓷基板上,然后,在500℃以上且低于900℃的温度下烧成来获得,在其内部有钙长石均匀析出,并且,前述Li2O被固定于钙长石上。
本发明的芯片电阻器,其具有前述陶瓷基板、在该陶瓷基板上形成的由上面电极和侧面电极以及背面电极构成的内部电极、在该陶瓷基板和该上面电极上形成的电阻膜、覆盖该电阻膜的绝缘玻璃保护膜、由覆盖前述内部电极的Ni镀膜构成的中间电极、由焊锡镀膜构成的外部电极,其特征在于,至少前述上面电极是仅由本发明的厚膜导体来构成。
基于本发明的厚膜导体形成用组合物,只通过改进材料就能够提供不仅可防止焊锡熔蚀而且耐硫化性也优良的不含铅的厚膜导体形成用组合物。
基于使用该厚膜导体形成用组合物,在用于电子部件尤其是芯片电阻器的电极时,能够防止作为构成电极的导电材料的Ag的硫化或焊锡熔蚀。另外,由于不需要在特别的结构上进行改进或使用特殊材料,因此,具有能够有效地以低成本提供如上述的硫化或焊锡熔蚀引起的断线故障少的电子部件的效果。
附图说明
图1是应用本发明的芯片电阻器的示意图。
具体实施方式
本发明的厚膜导体形成用组合物,以含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末和Al2O3粉末为特征,在导电膏烧成时,通过前述玻璃粉末和Al2O3粉末发生反应,能够获得钙长石均匀析出于厚膜导体内部的厚膜导体。若使用该厚膜导体,通过厚膜导体中微量的贵金属熔解到焊锡中,钙长石以刺状露出于厚膜导体表面。钙长石是针状的结晶,当其在厚膜导体表面以刺状露出时,在表面张力的作用下焊锡触不到贵金属,从而无法进行焊锡 熔蚀。
本发明中,作为氧化物粉末除含有上述玻璃粉末之外,还含有Al2O3粉末,这是为了实现钙长石均匀析出于厚膜导体内部。即,当前述玻璃粉末中不混合Al2O3粉末时,在所得到的厚膜导体和陶瓷基板的界面附近大量析出钙长石,因此不能充分获得抑制焊锡熔蚀的效果。因此,为了使焊锡在表面张力的作用下触不到贵金属,有必要使钙长石均匀析出于厚膜导体内部。并且,有必要使通过钎焊所露出的钙长石的刺的长度为1μm以上、优选为3μm以上。在长度低于1μm的微细结晶相中,会导致该钙长石从厚膜导体中移向焊锡中,不能充分获得抑制焊锡熔蚀的效果。
钙长石也能够通过对SiO2-B2O3-Al2O3-CaO系玻璃粉末和Al2O3粉末的混合物进行烧成来析出。但是,此时为了析出充分大小的钙长石,需要900℃以上的高温。与此相比,在本发明中,由于玻璃粉末中含有Li2O,所以在更低的温度下也可以析出钙长石。
本发明中,相对于导电粉末100质量份,设定前述Al2O3粉末为0.1~8质量份、优选为0.5~3质量份。作为氧化物粉末使用的Al2O3粉末,若设定相对于导电粉末100质量份为低于0.1质量份,则钙长石析出少,易引起焊锡熔蚀。钙长石是Si、Al和Ca的复合氧化物,尤其是在不充分供给Al时,钙长石不发生析出。另外,即使着眼于发挥耐硫化性,钙长石的析出也是必需的。即,即使在玻璃粉末中单纯添加碳粉末,也不能充分发挥耐硫化性,通过组合碳粉末的添加与钙长石的析出,才初次使耐硫化性得到充分发挥。另一方面,若设定Al2O3粉末的添加量高于8质量份,则不仅使接触电阻增大而且使与陶瓷基板的粘接强度降低。
作为氧化物粉末所使用的Al2O3粉末的平均粒径,优选为3μm以下、更优选为0.5~2μm的范围。若Al2O3粉末的平均粒径超过3μm,则不仅钙长石在厚膜导体中难以均匀析出,而且厚膜导体的表面变粗,有可能会增大与用于测定电子部件特性的探针(探测器)之间的接触电阻。此外,对Al2O3粉末的形状并没有特别限定,但从所谓与玻璃粉末均匀混合化、使钙长石均匀析出化的观点出发,优选为球状或者粉状。
本发明中,作为氧化物粉末所使用的SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的组成比优选为,SiO2:20~60质量%;B2O3:2~25质量%;Al2O3: 2~25质量%;CaO:20~50质量%;以及Li2O:0.5~6质量%。
玻璃粉末的组成中,若设定SiO2低于20质量%,则不能充分供给Si,钙长石难以析出,有可能无法防止焊锡熔蚀和硫化。并且,厚膜导体中的玻璃的耐气候性、耐水性和耐酸性存在降低趋势。另一方面,若设定SiO2高于60质量%,则存在玻璃的软化温度变得过高而钙长石的析出温度上升的趋势。
若设定B2O3低于2质量%,则存在玻璃的软化温度变得过高的趋势。并且导致厚膜导体的玻璃容易变脆。另一方面,若设定B2O3高于25质量%,则玻璃变得容易分相,厚膜导体中的玻璃的耐气候性、耐水性和耐酸性也有可能降低。
玻璃粉末的组成中,若设定Al2O3低于2质量%,则钙长石同样难以析出,并且厚膜导体中的玻璃容易分相。另一方面,若设定Al2O3高于25质量%,则玻璃的软化温度变得过高,有可能使钙长石析出温度变得过高。
若设定CaO低于20质量%,则Ca的供给变得不充分,钙长石变得难以析出。另一方面,若设定CaO高于50质量%,则变得难以进行玻璃化。
Li2O具有降低玻璃的软化温度的作用,若增加Li2O的含量,则能够与此相应地增大钙长石的结晶成长。因此,在玻璃粉末的组成中,若设定Li2O低于0.1质量%,则在低温度下钙长石变得难以析出,并且析出的钙长石的大小尺寸也容易变小。另一方面,若设定Li2O高于10质量%,则玻璃的耐气候性、耐水性和耐酸性有可能会降低。此外,若Li2O在4~6质量%的范围内,则即使在厚膜导体形成用组合物中所含的玻璃粉末的含量低时,也不会损害所得到的厚膜导体的耐焊锡熔蚀性,而且能够提高其粘接强度。
本发明的SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的组成比中,Li2O基本被纳入到膏烧成中所析出的钙长石中并被固定化。因此,即使所形成的电极间存在电位差,也没有Li离子发生迁移的现象。
本发明所使用的玻璃粉末,是SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末,但其组成中可以含有其它成分,可根据软化点、耐酸性等进行适当选择、含有ZnO、BaO、TiO2、ZrO2、Bi2O3、CuO、MnO2等的成分。
本发明中,SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的平均粒径,优选为10μm以下、更优选为3~7μm。若平均粒径在10μm以上,则玻璃粉末的软化慢,有降低电极膜与基板的粘接强度的趋势,因此不优选。
本发明中,SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的添加量,设定相对于导电粉末100质量份为0.1~15质量份,优选为3~8质量份。SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末,若设定相对于导电粉末100质量份为低于0.1质量份,则会导致与陶瓷基板的粘接强度降低。并且,不能充分供给用于析出钙长石的材料。另一方面,若设为高于15质量份,则不仅使厚膜导体的电阻值变高,而且玻璃在厚膜导体表面上漂浮,镀敷性、焊锡湿润性以及与用于评价特性的探头之间的接触电阻有可能发生劣化。
作为导电粉末,使用选自Au、Ag、Pd和Pt中的至少一种的贵金属粉末。本发明是为了防止Ag的硫化的发明,因此,成为本发明对象的是至少含有Ag的导电粉末。其中,Ag中还可以包含选自Au、Pd和Pt中的至少一种的贵金属粉末。这些贵金属的添加,作为导电材料则具有提高Ag的耐焊锡熔蚀性和耐硫化性的作用。然而,尽管这些贵金属对硫化的耐受性强,但由于是高价贵金属,所以本发明的目的在于供给一种降低这种高价金属含量而能够以低成本提供的厚膜导体形成用组合物。因此,本发明中,作为导电粉末,可以只使用低成本的Ag,在需要进一步提高耐硫化性时,这些贵金属中优选为Pd或Pt,尤其是从成本的角度出发,相对于Ag100质量份可添加Pd至0.1~5质量份。
此外,关于通过添加Pd等抑制Ag的硫化的原因,认为在于Ag的硫化是由来自Ag外方的S的扩散所引起的缘故,若使Ag和Pd等进行合金化,则Ag从合金表面向硫化表面慢慢扩散,硫化物正下方的合金部分趋于变成富Pd等的贵金属相,随着硫化的进行,其硫化速度减小。
但是,众所周知,在作为导电金属成分和玻璃成分的混合体的厚膜导体中,其硫化的程度,受到来自厚膜导体的组成例如玻璃粉末的组成或添加量的影响,因此,目前正朝着通过研究组合物而实现低成本且低Pd化不断进行研究。即,在本发明中,即使作为导电粉末只是Ag的组成而未添加Pd时,也可提供能够发挥耐硫化性的厚膜导体形成用组合物,就该点而言,本发明具有显著的效果。
从烧结性的观点出发,导电粉末的平均粒径,优选为10μm以下。对导电粉末的形状而言,能够采用粒状、薄片状等任意形状,能够混合使用。其中,从烧结性的观点出发,粉状导电粉末的粒径(powder size)优选为0.1~ 2μm。
本发明的特征在于,相对于导电粉末100质量份,仅进一步添加碳粉末1~10质量份、优选为3~7质量份。因为碳粉末具有导电性,所以碳粉末是被作为导电粉末而应用于广义上的导电膏领域中的材料。但是,在使用贵金属粉末的厚膜导体形成用组合物中,若作为其导电材料单独添加碳粉末,则会降低所得到的厚膜导体本来的包括导体性能或粘接强度的电极性能,因此,通常不添加碳粉末。另外,在作为以Ag为导体粉末的主要材料而未形成有钙长石的厚膜导体形成用组合物的材料中,若单独添加碳粉末,则不能适当防止Ag的硫化。
本发明人通过反复尝试和实验确认:一种厚膜导体形成用组合物,其由导电粉末、氧化物粉末、有机载体来构成,其中,作为前述导电粉末至少含有Ag粉末,作为前述氧化物粉末含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末和Al2O3粉末,在该厚膜导体形成用组合物中,通过进一步添加碳粉末作为添加物,提高了所得到的厚膜导体的耐硫化性。在确认该效果后,试着观察了添加有碳粉末的厚膜导体形成用组合物的烧成后的电极膜剖面结构,结果获得了诸如下述的见解。
即,所添加的碳粉末,在其作用下影响着组合物中的玻璃粉末的熔融行迹变动,抑制了由玻璃经熔融而降低粘性从而导致该玻璃在与陶瓷基板间的界面上发生移动的现象。由此,通过观察烧成后的电极膜的剖面,在作为导体的Ag的基质(matrix)中,以网状均匀地析出针状钙长石结晶和非晶质玻璃成分,形成以Ag和玻璃氧化物进行复合为特征的膜结构。虽然这种结构的形成原因不明,但认为是:在将含有Ag的电极膜置于硫化气体环境中时,在通过硫的扩散从Ag表面生成硫化银的过程中,抑制了硫的扩散速度,从而形成该膜结构。此外,在烧成过程中,碳通过与氧结合而成为CO而得以分解,因此,认为在烧成后的膜结构中碳几乎完全消失。
对本发明中使用的碳粉末的种类、形状和大小而言,并没有特别限定,能够使用市售中作为碳墨用途的一般制品。这种制品中的碳粉末平均粒径,多数情况下在0.01~0.5μm的范围。鉴于需要均匀分散于膏中,优选使用0.1μm左右的粉末。
另外,对碳粉末的添加量而言,相对于导电粉末100质量份为1~10质 量份,优选为3~7质量份。若添加量低于1质量份,则不能充分实现对所得到的厚膜导体的耐硫化性的提高。若添加量在10质量份以上,则导致烧成膜的致密性降低,与陶瓷基板的粘接强度降低,因此不优选。
作为其它厚膜导体形成用组合物的材料的有机载体,可使用与以往同样的将乙基纤维素、甲基丙烯酸酯等溶解于萜品醇、丁基卡必醇等溶剂中所形成的有机载体。
此外,本发明中,以提高厚膜导体的粘接强度或焊锡湿润性等为目的,除了上述材料粉末还可添加以往一直使用的各种粉末,例如,Bi2O3、SiO2、CuO、ZnO、MnO2等的氧化物粉末。
本发明的厚膜导体,其特征在于,是通过将上述本发明的厚膜导体形成用组合物涂布于陶瓷基板后在500℃以上且低于900℃的温度下、优选在820℃~870℃的温度下烧成来获得,在其内部有钙长石均匀析出,并且前述Li2O被固定于钙长石上。
本发明的厚膜导体,除了芯片电阻器还优选适用于作为电阻网络、混合IC等的电子部件的电极。尤其是,本发明优选适用于具有陶瓷基板、在该陶瓷基板上形成的由上面电极和侧面电极以及背面电极构成的内部电极、在该陶瓷基板和该上面电极上形成的电阻膜、覆盖该电阻膜的绝缘玻璃保护膜、由覆盖前述内部电极的Ni镀膜构成的中间电极、由焊锡镀膜构成的外部电极的芯片电阻器。即,这种芯片电阻器,虽有时应用于含硫气体环境等硫浓度高的特殊环境中,但在本发明的芯片电阻器中,其内部电极中至少上面电极是仅由本发明的厚膜导体来构成,无需采用其它用于防止硫化的结构,也未使用特殊的导体粉末材料,即使在诸如上述的特殊环境中也可有效地防止电极的硫化。
此外,在芯片电阻器等的电子部件中,作为形成有厚膜导体的陶瓷基板,使用了氧化铝基板,尤其是高纯度的氧化铝基板,但除此之外还可适用氧化锆基板等。对于其它构成要素,由于能够采用以往所熟悉的公知材料来进行制备,在此省略详细的说明。
实施例
(玻璃粉末的组成)
表1中示出了6种玻璃粉末的组成比(质量%)。它们中,玻璃粉末A、B、C、F符合本发明的组成范围。另一方面,玻璃粉末D不含Li2O、玻璃粉末E不含CaO,分别在本发明的组成范围之外。
(厚膜导体形成用组合物的制备)
将平均粒径为1.5μm的粒状Ag粉末、平均粒径为0.1μm的粒状Pd粉末所构成的导电粉末、以及表1所示组成的平均粒径为3μm的玻璃粉末和平均粒径为0.5μm的Al2O3粉末以及平均粒径为0.1μm的碳粉末,与在萜品醇溶液中溶解乙基纤维素树脂而成的有机载体混合,通过用三辊式磨机(roll mill)进行混炼,制备膏状的厚膜导体形成用组合物。将Ag粉末和Pd粉末合计而成的导电粉末总量设为100质量份,相对于导电粉末100质量份有机载体为25质量份,对于其它材料,相对于导电粉末100质量份为表2中所示的质量份。
将所制备的厚膜导体形成用组合物,在96质量%氧化铝基板上进行丝网印刷,在150℃下干燥。将干燥后的基板,用网带炉进行峰值温度为850℃下9分钟、总计30分钟的烧成,形成了具有规定图案的厚膜导体膜。
所得到的厚膜导体的膜厚的评价,是通过对2.0mm×2.0mm的焊盘(衬垫),使用触针式膜厚仪测定来进行。
面电阻值的评价,是通过用数字万用表测定宽度为0.5mm、长度为50mm的导体图案的电阻值并将所得到的值换算成面电阻值来进行。
耐焊锡熔蚀性的评价,按如下方法进行。首先,利用0.5mm宽度、50mm长度的烧成的厚膜导体,浸渍于保持在270℃的96.5质量%Sn—3质量%Ag—0.5质量%Cu组成的无铅焊锡浴中10秒,然后进行测定电阻值,将上述操作视为一次操作,反复进行该操作。根据所测定的电阻值达到1kΩ以上来确认发生了焊锡熔蚀,将直至发生焊锡熔蚀即所测定的电阻值达到1kΩ以上时所测量的重复次数,作为耐焊锡熔蚀性的评价。当重复次数超过12次时视为良(○),而在其以下时视为差(×)。
另外,耐硫化性的评价,按如下所述来进行。为了形成含硫气体环境,采用了将市售的机械切削用油(含硫)保持在80℃并在该油中浸渍、静置所烧成的电极基板以促进硫化的方法。用于评价的机械切削用油的硫含量和氯含量的浓度,是含硫总量为3000质量ppm、含氯总量为23.2质量%(根据离 子色谱法测定)。
与耐焊锡熔蚀性的评价同样,利用0.5mm宽度、50mm长度的烧成的厚膜导体,首先测定初期的面电阻值。使前述机械切削用油保持在80℃并在该油中以露出电极的状态浸渍前述厚膜导体烧成基板,每隔30分钟取出基板测定面电阻值。经切削油中的硫进行硫化,电极从银色变成黑色,因此在目测下即可确认硫化状态。作为耐硫化性的判定方法,在油中浸渍后,确认面电阻值变成1Ω/□以上时所需的时间,在浸渍12小时的情况下,面电阻值低于1Ω/□的视为良(○),面电阻值在1Ω/□以上的视为差(×)。
粘接强度的评价,是通过如下方法来进行:在有2.0mm×2.0mm图案的厚膜导体上,使用96.5质量%Sn—3质量%Ag—0.5质量%Cu组成的无铅焊锡,对直径为0.65mm的镀Sn的铜线进行钎焊,在垂直方向上拉伸、剥离,并测定剥离时的拉伸力。
表1
(实施例1~3、比较例1~3)
如表2所示,将Ag粉末和Pd粉末的比率(质量比)设为99.3:0.7,将碳粉末的添加量设成相对于导电粉末100质量份为4.0质量份,改变Al2O3粉末的添加量以及所用玻璃粉末A、B、C、D、E及其添加量(设为3.0~5.0质量份的范围),通过改变各材料的组合及其添加量,制备膏状厚膜导体形成用组合物。关于所测定的厚膜导体的膜厚、面电阻值、粘接强度、耐焊锡熔蚀性和耐硫化性的结果及其评价,分别示于表2中。
作为实施例1的使用玻璃粉末A并将其添加量设为5.0质量份所得到的厚膜导体,即使浸渍到焊锡中12次,面电阻值也在10Ω/□以下,不会发生断线,且耐焊锡熔蚀性优良。另外,对耐硫化性而言,在含硫的油中浸渍12 小时后的面电阻值为1Ω/□以下,耐硫化性也优良。并且,对粘接强度而言,也获得了作为芯片电阻器的电极用途的充分强度58N。
作为实施例2的使用玻璃粉末B并将其添加量设为4.0质量份所得到的厚膜导体以及实施例3的使用玻璃粉末C并将其添加量设为3.0质量份所得到的厚膜导体,也获得了同样的结果和评价。
作为比较例1的使用本发明的组成范围之外的不包含Li2O的玻璃粉末D并将其添加量设为5.0质量份所得到的厚膜导体,通过第四次在焊锡槽中浸渍,其面电阻值达到1kΩ/□以上,耐焊锡熔蚀性劣化。另外,对耐硫化性而言,在油中浸渍2小时后的面电阻值成为1Ω/□以上且耐硫化性也产生了劣化。
如比较例1的情况,在通过使用不含Li2O的玻璃粉末的组合物所获得的厚膜导体中,在低于900℃的烧成温度下,钙长石在厚膜导体中未充分地析出和生长,因此,不仅厚膜导体的Ag,即使Pd也完全被焊锡所溶蚀。基于此可以理解Li2O促进了钙长石的析出和生长。并且还可以理解,钙长石的析出对体现耐硫化性而言是必要的。
同样地,作为比较例2的使用本发明的组成范围外的玻璃粉末E并将其添加量设为5.0质量份所得到的厚膜导体,通过第二次浸渍于焊锡槽其面电阻值成为1kΩ/□以上,在油中浸渍1.5小时后的面电阻值则成为1Ω/□以上,耐焊锡熔蚀性、耐硫化性均发生劣化。
如比较例2的情况可理解为:通过使用不含CaO的玻璃粉末的组合物所获得的厚膜导体,不供给Ca,钙长石不在厚膜导体中析出,也不能发挥耐焊锡熔蚀性和耐硫化性的任何效果。
比较例3中使用处于本发明的组成范围的玻璃粉末A并将其添加量设为5.0质量份,但不添加Al2O3粉末,得到厚膜导体,通过第二次浸渍于焊锡槽中,面电阻值成为1kΩ/□以上,在油中浸渍8小时后的面电阻值为1Ω/□以上,耐焊锡熔蚀性、耐硫化性均发生劣化。
如比较例3的情况可理解为:在通过使用不含作为氧化物粉末材料的Al2O3粉末仅由玻璃粉末构成的组合物所获得的厚膜导体中,钙长石未均匀地析出于厚膜导体中,而集中析出于厚膜导体和氧化铝基板的界面部位,也不能发挥耐焊锡熔蚀性和耐硫化性的任何效果。
表2
(参考例4、实施例5~6、比较例4)
在参考例4、实施例5、实施例6和比较例4中,使用了本发明的组成范围内的玻璃粉末F。玻璃粉末F属于本发明范围内的玻璃组成,此外还为了实现进一步提高导体特性,在玻璃粉末F中添加了如表1所示的分量的Bi2O3、CuO、MnO2。并且,分别设定玻璃F的添加量为6.3质量份,设定Ag和Pd的比率(质量比)为99.3:0.7,设定碳粉末的添加量从0变化到6.0质量份。
其结果,在通过使用这些玻璃材料所制成的厚膜导体中,对耐焊锡熔蚀 性而言,均即使在焊锡槽中浸渍12次,电阻值也不上升,获得了良好的结果。另外,对粘接强度而言均超过60N,体现出了上述添加材料的添加效果。
但是,对耐硫化性而言,参考例4、实施例5~6,在油中浸渍12小时后的面电阻值均低于1Ω/□,抑制了面电阻值的上升,但在未添加碳粉末的比较例4中,在油中浸渍3.5小时的情况下面电阻值成为1Ω/□以上,耐硫化性产生了劣化。
(实施例7、8)
实施例7、实施例8,是与实施例5相关联的系列,其中Al2O3粉末的添加量分别设为0.5质量份、3.0质量份。
其结果,对耐焊锡熔蚀性而言,均即使在焊锡槽中浸渍12次,也没有发现面电阻值的上升,获得了良好的结果,并且,对耐硫化性而言,在油中浸渍12小时后,面电阻值低于1Ω/□,获得了良好的结果。并且,粘接强度的结果也高。
(实施例9)
实施例9也是与实施例5相关联的系列,其中,不添加Pd粉末而仅由Ag粉末来构成导电粉末。
其结果,对耐焊锡熔蚀性而言,即使在焊锡槽中浸渍12次,也未发现面电阻值的上升,获得了良好的结果,对耐硫化性而言,在油中浸渍12小时后,面电阻值低于1Ω/□,也获得了良好的结果。并且,粘接强度的结果也高。
(比较例5~7)
在比较例5、比较例6、比较例7中,分别通过使用不含CaO的本发明的组成范围之外的玻璃粉末E并添加1.0质量份Al2O3粉末而不添加碳粉末的组合物而获得厚膜导体,通过改变组合物中的Ag粉末和Pd粉末的比率,确认了在该组成中添加Pd的效果。在这些比较例的厚膜导体中,虽然均添加了提高耐焊锡熔蚀性、耐硫化性的Pd粉末,但钙长石并未析出,并且不具有由钙长石和碳的添加效果带来的特殊晶体结构,耐焊锡熔蚀性均产生了劣化。
对耐硫化性而言,从比较例7中Pd粉末的添加量相对于Ag粉末100质 量份为7.0质量份来看,抑制了在油中浸渍后12小时的面电阻值上升,发挥了耐硫化性,但在Pd添加量为7.0质量份以下时,耐硫化性也产生了劣化。
在本发明范围的实施例9中,即使仅有Ag的组成而不添加Pd粉末也得到了耐硫化性,通过与比较例5相比可充分理解其效果。另外,通过与比较例7中具有高含Pd量的组成相比,可理解在本发明中,即使将Pd含量控制在比较例7的1/10以下,也可获得同等的耐硫化性。
工业实用性
如上所述,基于本发明可提供一种厚膜导体形成用组合物,通过使用该厚膜导体形成用组合物,能够以低成本实现耐硫化性、耐焊锡熔蚀性,并且同时实现了抑制由Ag的硫化引起的电极短路以及抑制钎焊时由含Ag的贵金属材料的焊锡熔蚀引起的电极短路。因此,通过使用以本发明的厚膜导体形成用组合物制成的厚膜导体,能够以低成本提供一种即使置于含硫气体环境等特殊环境下也可发挥稳定性能的芯片电阻器等电子部件,由此,可以说本发明会对包括芯片部件的生产厂商在内的电子部件领域做出了非常大的贡献。
Claims (3)
1.一种耐硫化性厚膜导体形成用组合物,其是用于形成作为芯片电阻器的上面电极使用的耐硫化性厚膜导体的组合物,并且其由导电粉末、氧化物粉末、添加物和有机载体构成,其特征在于,
作为所述导电粉末使用Ag粉末或相对于Ag粉末100质量份添加0.1~5质量份选自Au、Pd和Pt中的至少一种的粉末,
作为所述氧化物粉末使用含有SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末和Al2O3粉末的粉末,
作为所述添加物添加有碳粉末,
并且,相对于所述导电粉末100质量份,添加所述碳粉末3~7质量份、所述SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末0.1~15质量份、所述Al2O3粉末0.1~8质量份,
并且,所述SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Li2O系玻璃粉末的组成比为,SiO2:20~60质量%;B2O3:2~25质量%;Al2O3:2~25质量%;CaO:20~50质量%;以及Li2O:0.5~6质量%。
2.一种作为芯片电阻器的上面电极使用的耐硫化性厚膜导体,其特征在于,其是通过将权利要求1所述的耐硫化性厚膜导体形成用组合物涂布于陶瓷基板上,然后,在500℃以上且低于900℃的温度下烧成来获得,在其内部,以网状均匀地析出针状钙长石结晶和非晶质玻璃成分,Ag和玻璃氧化物复合,并且所述Li2O被固定于钙长石上。
3.一种芯片电阻器,其具有陶瓷基板、在该陶瓷基板上形成的由上面电极和侧面电极以及背面电极构成的内部电极、在该陶瓷基板和该上面电极上形成的电阻膜、覆盖该电阻膜的绝缘玻璃保护膜、由覆盖所述内部电极的Ni镀膜构成的中间电极、由焊锡镀膜构成的外部电极,其特征在于,至少所述上面电极仅由权利要求2所述的耐硫化性厚膜导体来构成。
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